CN113659929A - 一种光伏发电系统、光伏组件的状态检测装置以及异常定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏发电系统、光伏组件的状态检测装置以及异常定位方法，通过分别串联于相应旁路二极管两端的正极检测模块和负极检测模块对自身的电流方向进行检测，然后由处理模块根据各个电池子串的电流方向以及相应组串的两个检测模块的电流方向，能够准确确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况，且不会影响光伏组件的正常工作。

Description

一种光伏发电系统、光伏组件的状态检测装置以及异常定位 方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏发电系统、光伏组件的状态检测装置以及异常定位方法。

背景技术

随着新能源的国家战略定位，光伏发电被全速推动，光伏电站数量的增加带来了一系列光伏运维的问题；其中，光伏组件的运行状态是直接影响光伏电站对光的有效利用率的因素。

目前，影响光伏组件运行状态的主要原因有：阴影遮挡(外物阴影、组件上遮挡物)、灰尘、碎裂、雷击二极管反向击穿、PID衰减等。为了避免出现以上情况的光伏组件影响整个光伏系统的发电，需要在光伏组件的各个电池子串输出端反向并联一个旁路二极管，需要说明的是，一个光伏组件通常由三个电池子串(如图1中光伏组件子串所示)串联而成，三个旁路二极管(如图1中D1-D3所示)放置在光伏组件背面的接线盒中，其结构示意图如图1所示，当电池子串或整个光伏组件出现如阴影遮挡等问题时，相应的旁路二极管导通，从而避免对其他正常光伏组件造成影响。

可以看出，该旁路二极管在光伏组件中的作用非常重要，例如，光伏组件存在阴影遮挡时，若其旁路二极管异常损坏断开，则会造成光伏组件发热严重；或者，旁路二极管发生异常短路，则对应光伏组件发电无贡献；又或者，旁路二极管异常击穿，可能会引起组件接线盒烧毁或火灾。也可以说，光伏组件中旁路二极管的工作状态间接反映了光伏组件的所受外部影响的情况，因此，如何检测判断出光伏组件中旁路二极管的工作状态，对光伏电站的运维很重要。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种光伏发电系统、光伏组件的状态检测装置以及异常定位方法，能够准确判断光伏组件及其旁路二极管的故障状态。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种光伏组件的状态检测装置，所述光伏组件包括N个串联连接的电池子串，各个所述电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管，所述状态检测装置包括：处理模块以及N个子串级检测电路；其中，N为大于1的整数；

各所述子串级检测电路均包括：分别串联于相应所述旁路二极管两端的正极检测模块和负极检测模块；

所述正极检测模块以及所述负极检测模块用于检测流经自身的电流方向；

所述处理模块用于根据各个所述电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个所述电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。

优选的，所述正极检测模块的一端连接于对应所述电池子串的输出端正极，另一端连接对应所述电池子串的旁路二极管的阴极；

所述负极检测模块的一端连接对应所述电池子串的输出端负极，另一端连接对应所述电池子串的旁路二极管的阳极。

优选的，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均包括：电阻支路；所述电阻支路包括：第一电阻和第二电阻；其中：

所述第一电阻和所述第二电阻串联连接，串联后的两端分别作为相应检测模块的两端；

所述第一电阻和所述第二电阻的连接点为所述电阻支路的中点。

优选的，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均还包括：开关管支路；所述开关管支路包括：第三电阻和反向并联有第一二极管的第一开关管；其中：

所述第一开关管的栅极与所述电阻支路的中点连接；

所述第一开关管的源极连接至所述旁路二极管的相应极；

所述第一开关管的漏极通过所述第三电阻连接至所述电池子串的输出端相应极。

优选的，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均还包括：第一电容；其中：

所述第一电容设置于所述第一开关管栅极与所述第一开关管源极之间，用于缓存所述第一开关管门极的导通和关断，使所述第一开关管快速过度到导通或关断状态。

优选的，所述处理模块，包括：差分采样单元、ADC模数转换单元以及控制单元；其中：

所述差分采样单元用于采样所述子串级检测电路发送的检测信息，然后将所述检测信息发送至所述ADC模数转换单元；所述检测信息用于表征各个所述子串级检测电路中两个检测模块的电流方向；

所述ADC模数转换单元用于将所述差分采样单元发送的信息转换为数字信号后发送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据各个所述电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个所述电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。

优选的，所述光伏组件的输出端反向并联一个旁路二极管，所述状态检测装置还包括：至少一个组件级检测电路；其中：

所述组件级检测电路用于检测流经自身的电流方向；

所述处理模块还用于根据所述光伏组件的电流方向以及对应所述光伏组件的组件级检测电路的电流方向，确定对应所述光伏组件的运行工况。

优选的，所述组件级检测电路，包括：第四至第七电阻、第二开关管以及第三开关管；其中：

所述第四电阻与所述第五电阻串联连接，串联后的一端以及所述第二开关管漏极连接于所述光伏组件的输出端正极，另一端以及所述第二开关管源极连接于所述光伏组件的旁路二极管的阴极；

所述第四电阻与所述第五电阻的连接点连接于所述第二开关管栅极；

所述第六电阻与所述第七电阻串联连接，串联后的一端以及所述第三开关管漏极连接于所述光伏组件的输出端负极，另一端以及所述第三开关管源极连接于所述光伏组件的旁路二极管的阳极；

所述第六电阻与所述第七电阻的连接点连接于所述第三开关管栅极。

优选的，所述第二开关管和所述第三开关管栅极和源极之间的电阻为热敏电阻。

优选的，所述组件级检测电路，包括：第八至第十电阻、所述第二开关管以及所述第三开关管；其中：

所述第八电阻和所述第九电阻串联连接，串联后的一端连接所述第二开关管漏极以及所述光伏组件输出端负极，另一端连接所述第二开关管源极以及所述光伏组件的旁路二极管阳极；

所述第八电阻和所述第九电阻的连接点与所述第二开关管栅极以及所述第三开关管源极连接；

所述第十电阻的一端连接于所述第三开关管漏极以及所述光伏组件的输出端正极，另一端连接所述第三开关管栅极以及所述光伏组件的旁路二极管阴极。

本发明第二方面提供了一种光伏发电系统，包括：逆变单元以及至少一个设置有如上述任一项所述的光伏组件的状态检测装置的光伏组件；其中：

各所述光伏组件串联连接形成光伏组串，各所述光伏组串的输出端并联后连接至所述逆变单元的直流侧；

所述逆变单元的交流侧接入电网。

优选的，所述状态检测装置设置于所述光伏组件背面的接线盒中。

本发明第三方面提供了一种光伏组件的异常定位方法，应用于如上述任一项所述的光伏发电系统，所述异常定位方法包括：

判断所述光伏发电系统中的各个光伏组串是否发生故障；

若判断结果为是，则判断对应所述光伏组串内的各光伏组件是否发生故障；

对于发生故障的光伏组件，根据其内部各个所述电池子串的电流方向以及对应组件上的子串级检测电路的电流方向，确定对应所述电池子串的旁路二极管的状态。

优选的，所述判断所述光伏发电系统中的各个光伏组串是否发生故障，包括：

实时检测各所述光伏组串的输出电流，并计算所述输出电流的变化率；

判断所述变化率是否大于第一预设值；

若所述变化率大于所述第一预设值，则确定对应所述光伏组串发生故障。

优选的，对于发生故障的光伏组件，根据其内部各个所述电池子串的电流方向以及对应组件上的子串级检测电路的电流方向，确定对应所述电池子串的旁路二极管的状态，包括：

对于发生故障的光伏组件，若其内部各个所述电池子串的电流方向为正极流向负极，且对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向为正极流向负极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：反向导通；

若其内部各个所述电池子串的电流方向为负极流向正极，且对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：正常导通；

若对应光伏组件上的子串级检测电路不存在电流，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：开路。

优选的，所述判断对应所述光伏组串内的各光伏组件是否发生故障，包括：

根据对应光伏组串内的各光伏组件的电流方向以及对应光伏组件上的组件级检测电路的电流方向，确定发生故障的所述光伏组件。

优选的，所述根据对应光伏组串内的各光伏组件的电流方向以及对应光伏组件上的组件级检测电路的电流方向，确定发生故障的所述光伏组件，包括：

若所述光伏组件的电路方向为正极流向负极，且自身组件级检测电路的电流方向为正极流向负极，则确定对应所述光伏组件发生故障；

若所述光伏组件的电路方向为负极流向正极，且自身组件级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应所述光伏组件发生故障。

基于上述本发明实施例提供的光伏组件的状态检测装置，通过在光伏组件内的每个电池子串对应设置一个子串级检测电路，该子串级检测电路包括正极检测模块和负极检测模块，该正极检测模块和负极检测模块均用于检测流经自身的电流方向；由于正极检测模块、旁路二极管以及负极检测模块依次串联于相应电池子串的两端，因而其电流流向能够反映对应电池子串及其旁路二极管的状态，例如，若某一电池子串能够正常输出，即该电池子串的电流方向是由正极流向负极，则正常情况下，其旁路二极管应处于断开状态，则分别串联于该旁路二极管两端的正极检测模块和负极检测模块没有电流经过。因此，本发明实施例提供的光伏组件的状态检测装置，通过其处理模块根据各个电池子串的电流方向以及相应组串的两个检测模块的电流方向，能够确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况，且不会影响光伏组件的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种光伏组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置中处理模块的结构示意图；

图4-图6分别为本发明实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置中的三种子串级检测单元的结构示意图；

图7-图9为本发明实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置中电池子串及其旁路二极管的各自工况下的电流方向示意图；

图10为本发明另一实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置的结构示意图；

图11和图12分别为本发明另一实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置中的组件级检测电路的结构示意图；

图13为本发明另一实施例提供的一种光伏发电系统的结构示意图；

图14为本发明另一实施例提供的一种光伏组件的异常定位方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

针对以上问题，现有技术提出了一种光伏组件接线盒的旁路二极管工作状态检测方法，具体工作原理为：通过实时检测相应光伏组件接线盒正负(如图1中+、-所示)两侧接线端口的电压、电流，然后将检测到的电压电流和正常光伏组件电压电流进行对比，从而判断相应光伏组件的旁路二极管是否正常工作。但是，该方法只适用于单独光伏组件，若应用于由多个光伏组件串联连接构成的光伏组串，则对电压检测电路要求较高。

因此，本发明实施例提供了一种光伏组件的状态检测装置，能够准确判断光伏组件及其旁路二极管的故障状态，且不影响光伏组件的正常运行。

该状态检测装置的结构示意图如图2所示，包括：处理模块110以及N个子串级检测电路120；其中，N为大于1的整数。

实际应用中，一个光伏组件通常包括N个串联连接的电池子串，各个电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管(如图2中D1-D3所示)，因此，可以根据光伏组件内部的电池子串的数量，对N的数值进行选取，本实施例以N＝3为例进行展示，但不仅限于此。

如图2所示，光伏组件内部的每个电池子串均对应设置有一个子串级检测电路120，且各子串级检测电路120均包括：分别串联于相应旁路二极管两端的正极检测模块210和负极检测模块220，各正极检测模块210以及负极检测模块220用于检测流经自身的电流方向；其中，正极检测模块210可以设置于电池子串输出端正极与对应电池子串的旁路二极管阴极之间，负极检测模块220可以设置于电池子串输出端负极与对应电池子串的旁路二极管阳极之间，也即，正极检测模块210的一端连接于对应电池子串的输出端正极，另一端连接对应电池子串的旁路二极管的阴极；负极检测模块220的一端连接对应电池子串的输出端负极，另一端连接对应电池子串的旁路二极管的阳极；或者，将二者的位置进行调换，均在本发明实施例的保护范围之内。

该处理模块110的结构示意图如图3所示，包括：差分采样单元310、ADC模数转换单元320以及控制单元330；其中，差分采样单元310用于采样子串级检测电路210发送的检测信息，然后将检测信息发送至ADC模数转换单元320；ADC模数转换单元320用于将差分采样单元310发送的信息转换为数字信号后发送至控制单元330；控制单元330用于根据各个电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。各正极检测模块210以及负极检测模块220发送的检测信息，指的是能够表征各自电流方向的信息，例如，电压信号(如图3中us1-us6所示)；由ADC模数转换单元320转换成数字信号后，根据各个电压信息与零的大小关系，即可确定两个检测模块的电流方向，进而确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。需要说明的是，各个电池子串的电流方向可以由系统内的检测单元进行检测，例如，通过检测电池子串输出端电压是否大于零，以确定自身的电流方向，但不仅限于此，也可以是现有技术中的其他检测方法。

因此，本实施例提供的光伏组件的状态检测装置，通过在光伏组件内的每个电池子串对应设置一个子串级检测电路120，该子串级检测电路120包括正极检测模块210和负极检测模块220，该正极检测模块210和负极检测模块220均用于检测流经自身的电流方向；由于正极检测模块210、旁路二极管以及负极检测模块220依次串联于相应电池子串的两端，因而其电流流向能够反映对应电池子串及其旁路二极管的状态，例如，若某一电池子串能够正常输出，即该电池子串的电流方向是由正极流向负极，则正常情况下，其旁路二极管应处于断开状态，则分别串联于该旁路二极管两端的正极检测模块和负极检测模块没有电流经过。因此，本实施例提供的光伏组件的状态检测装置，通过其处理模块110根据各个电池子串的电流方向以及相应组串的两个检测模块的电流方向，能够准确确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况，且不会影响光伏组件的正常工作。

具体的，本发明实施例提供的一种光伏组件的状态检测装置中，各个子串级检测电路120的结构相同，因此，本实施例以单个电池子串为例进行展示，则子串级检测电路120两个检测模块的结构示意图可以如图4所示。

如图4所示，正极检测模块210和负极检测模块220均包括：电阻支路410，各个电阻支路包括第一电阻(如图4中R1和R6所示)和第二电阻(如图4中R2和R5所示)；其中，第一电阻和第二电阻串联连接，串联后的两端分别作为相应检测模块的两端；第一电阻和第二电阻的连接点为电阻支路410的中点。需要说明的是，第一电阻和第二电阻的数量可以由技术人员根据实际应用情况进行设置。

如图4所示的子串级检测电路120中，正极检测模块210以及负极检测模块220用于检测流经自身的电流方向，具体为：检测各自的第二电阻，即R2和R5两端的电压大小，进而确定各自的电流方向。

值得说明的是，以上通过检测第二电阻两端的电压确定正极检测模块210以及负极检测模块220的方案，需要将第二电阻的阻值设置的较大，因而增加了光伏系统的损耗。优选的，各正极检测模块210以及负极检测模块220均还包括：开关管支路510；其结构示意图如图5所示，该开关管支路510包括：第三电阻(如图5中R3和R4所示)和反向并联有第一二极管的第一开关管(如图5中S1和S2所示)。其中，第一开关管的栅极与电阻支路410的中点连接；第一开关管的源极连接至旁路二极管的相应极；第一开关管的漏极通过第三电阻连接至电池子串的输出端相应极；此时，通过检测第三电阻两端的压降确定各检测模块的电流方向。而且，由于第二电阻并联于第一开关管栅极和源极之间，则该第二电阻的阻值可以设置的较小，使其电压大于第一开关管的触发电压即可，相对于仅设置电阻支路410的子串级检测电路120，减小了系统的损耗。

优选的，如图5所示的正极检测模块210以及负极检测模块220中，均还可包括：第一电容(如图6中C1及C2所示)。其中，第一电容设置于第一开关管栅极与第一开关管源极之间，用于缓存第一开关管门极的导通和关断，使第一开关管快速过度到导通或关断状态。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

目前，可以将电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况大致分为四种：光伏组件光照正常工况、光伏组件内的电池子串出现阴影遮挡工况、旁路二极管击穿短路工况、旁路二极管开路工况。

以图6所示的光伏组件的状态检测装置为例，对该状态检测装置如何确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况的具体原理进行说明：

(1)光伏组件光照正常工况时，则光伏组件内各个电池子串作为输出发电，各电池子串自身的电流方向是由正极流向负极，如果以正极到负极作为电压参考方向(如图7所示)，则电池子串的输出电压U1>0；而对应电池子串的旁路二极管D1处于断开状态，即各电池子串的子串级检测电路不会有电流流过，其正极检测模块和负极检测模块的第一开关管S1、S2的门极电压V_GS都是零，也即第一开关管S1、S2均处于断开状态，则其中两开关管支路上的第三电阻R3、R4的压降us1＝us2＝0。可见，光伏组件光照正常工况时，则各个电池子串的电流方向为正极流向负极，子串级检测电路的两个检测模块没有电流经过，即U1>0，us1＝us2＝0。

(2)光伏组件内的电池子串出现阴影遮挡工况时，且当遮挡形成的内部电阻大于外部负载电阻时，则其他未被遮挡的电池子串为对应的电池子串提供输入电压(如图8中imp所示)，此时，发生遮挡的电池子串自身的电流方向为由负极流向正极，即与参考方向相反，则对应电池子串的电压U1<0，继而其旁路反向二极管正向导通；并且，产生分流i2至旁路二极管所在的支路；该电流i2会随着阴影遮挡的程度增大而增大，则电阻R2的压降也会随之增大，第一开关管S1的门极电压的计算公式为：V_GS1＝i2×R2，进而随着电阻R2的压降增大使得第一开关管S1的门极电压V_GS1大于门极导通电压V_T时，第一开关管S1导通；则第三电阻R3流过电流i3，该电流反向与电压参考方向相反，则第三电阻的压降us1＝-i3*R3，即us1为负。此时，开关管S2的门极电压的计算公式为：V_GS2<0，也即开关管S2断开、其反向并联的二极管正向导通，由于电阻R4的电流i4方向和i2、i3同向，则电阻R4的压降us2<0。也即，光伏组件内的电池子串出现阴影遮挡工况时，对应电池子串的电流方向为负极流向正极，其子串级检测电路120的两个检测模块的电流方向同样为负极流向正极，即U1<0，us1<0，us2<0。

(3)旁路二极管击穿短路工况，通常情况下，若光伏组件遭受雷击或者接地连接异常时，对应光伏组件的旁路二极管承受反向击穿电压，当加载的外部反向电压超过旁路二极管的反向击穿电压时，旁路二极管反向击穿导通。此时，光伏组件内部的电池子串的电流方向是由正极流向负极，如图9所示，即与电压参考方向相同，则对应电池子串的输出电压U1>0；开关管S1截止，电流从其并联二极管流过，开关管S2导通，即电阻R3和电阻R4的电流均与参考方向相同，其压降均大于零。因此，若旁路二极管击穿短路，则对应子串的电流方向是正极流向负极，其子串级检测电路120的两个检测模块的电流方向同样为正极流向负极，也即，U1>0，us1>0，us2>0。

(4)旁路二极管开路工况，若旁路二极管长时间处于导通状态，无论是正向正常导通还是反向击穿导通，或者，光照强烈组串的电流较大时，光伏组件中的旁路二极管会过热而导致断开。此时，无论光伏组件正常工作还是被阴影遮挡，其对应的子串级检测电路120的两个检测模块均没有电流经过(未进行图示)，也即，U1>0，us1＝us2＝0，或者，U1<0，us1＝us2＝0；并且，若光伏组件正常工作，则需要确定us1和us2是否突变至零，进而确定旁路二极管是否开路。

综上，根据根据各个电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况，具体如下表所示：

光伏组件运行工况	旁路二极管状态	U1	us1	us2	异常状态
						阴影遮挡	正常(正向导通)	<0	<0	<0	正常
承受反向击穿电压	异常(反向导通)	>0	>0	>0	异常
						旁路二极管烧断	异常(烧断)	<0	＝0	＝0	异常

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例提供的光伏组件的状态检测装置，以一个光伏组件包括三个串联的电池子串为例进行展示，其结构示意图如图8所示。

如图10所示，一个光伏组件中有三个旁路二极管以及三个子串级检测电路，进而可以分别独立检测出对应的三个旁路二极管的状态。

其中，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，开关管S1、S2用于检测旁路二极管D1的工作状态；电阻R1、电阻R2、二极管D1、电阻R5以及电阻R6依次串联连接，电阻R3接在开关管S1的漏极(如图10中D端所示)，电阻R4接在开关管S2的漏极；而电阻R7、R7、R9、R10、R11、R12，开关管S3、S4用于检测旁路二极管D2的工作状态，电阻R7、电阻R8、二极管D2、电阻R11、电阻R12依次串联连接，电阻R9接在开关管S3的漏极，电阻R10接在开关管S4的漏极；电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18，开关管S5、S6用于检测旁路二极管D3的工作状态，电阻R13、电阻R14、二极管D3、电阻R17、电阻R18依次串联连接，电阻R15接在开关管S5的漏极，电阻R16接在开关管S6的漏极。开关管S1的漏极(如图10中D端所示)接电阻R3的一端，栅极(如图10中G端所示)接电阻R1、R2的连接点，源极接二极管D1阳极；开关管S2的源极接二极管D1阴极，栅极接电阻R5、R6的连接点，漏极接电阻R4的一端；开关管S3的漏极接电阻R9的一端，栅极接电阻R7、R8的连接点，源极接二极管D1阳极；开关管S4的源极接二极管D2阴极，栅极接电阻R11、R12的连接点，漏极接电阻R10的一端；开关管S5的漏极接电阻R15的一端，栅极接电阻R13、R14的连接点，源极接二极管D3阳极；开关管S6的源极接二极管D3阴极，栅极接电阻R17、R18的连接点，漏极接电阻R16的一端。具体的，该状态检测装置可以设置在光伏组件背面的接线盒中，如图10所示，接线盒的负极输出线从电阻R1一端引出，接线盒的正极输出线从电阻R18的一端引出。

实际应用时，该状态检测装置中的各个电阻可以是普通高精度电阻，各个开关管可以是电压型驱动的低阻抗开关管，但不仅限于此，现有技术中的其他电阻或者开关管均可。

本实施提供的光伏组件的状态检测装置，通过自动驱动不同的开关管通断，并获取开关管支路上电阻的压降值，进而判断对应旁路二极管的工作状态，能够及时准确的判断出旁路二极管是否出现异常，以及当前光伏组件的工况。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例提供了一种光伏组件的状态检测装置，在上述实施例的基础上，该状态检测装置还包括：至少一个组件级检测电路610。

以单个光伏组件为例进行展示，其结构示意图如图11所示，该光伏组件的输出端反向并联一个旁路二极管，组件级检测电路610用于检测流经自身的电流方向；处理模块110(未在图11进行展示)还用于根据光伏组件的电流方向以及对应光伏组件的组件级检测电路610的电流方向，确定对应光伏组件的运行工况。

如图11所示，该组件级检测电路610，可以包括：第四至第七电阻(如图11中R19-R22所示)、第二开关管(如图11中S7所示)以及第三开关管(如图11中S8所示)。

其中，第四电阻R19与第五电阻R20串联连接，串联后的一端以及第二开关管S7漏极连接于光伏组件的输出端正极，另一端以及第二开关管S7源极连接于光伏组件的旁路二极管的阴极；第四电阻R19与第五电阻R20的连接点连接于第二开关管S7栅极；第六电阻R21与第七电阻R22串联连接，串联后的一端以及第三开关管S8漏极连接于光伏组件的输出端负极，另一端以及第三开关管S8源极连接于光伏组件的旁路二极管的阳极；第六电阻R21与第七电阻R22的连接点连接于第三开关管S8栅极。

值得说明的是，第五电阻R20以及第五电阻R20为热敏电阻，因此，该组件级检测电路910检测流经自身的电流方向的过程为：通过检测第五电阻R20以及第五电阻R20的压降，以确定流经自身的电流方向。

该组件级检测电路610的结构示意图还可以如图12所示，包括：第八至第十电阻(如图12中R23-R25所示)、第二开关管S7以及第三开关管S8；其中，第八电阻R23和第九电阻R24串联连接，串联后的一端连接第三开关管S8漏极以及光伏组件输出端负极，另一端连接第三开关管S8源极以及光伏组件的旁路二极管阳极；第八电阻R23和第九电阻R24的连接点与第三开关管S8栅极以及第二开关管S7源极连接；第十电阻R25的一端连接于第二开关管S7漏极以及光伏组件的输出端正极，另一端连接第二开关管S7栅极以及光伏组件的旁路二极管阴极。该组件级检测电路610通过检测第九电阻R24的压降，确定自身的电流的方向。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例提供了一种光伏发电系统，其结构示意图如图13所示，该光伏发电系统包括：逆变单元710以及至少一个设置有如上述实施例提供的状态检测装置的光伏组件。其中，状态检测装置设置于光伏组件背面的接线盒中。

实际应用中，多个光伏组件串联连接形成光伏组串，各光伏组串的输出端并联后连接至逆变单元的直流侧；逆变单元的交流侧接入电网。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例提供了一种光伏组件的异常定位方法，该异常定位方法的流程图如图14所示，包括：

S101、判断光伏发电系统中的各个光伏组串是否发生故障。

具体可以通过实时检测各光伏组串的输出电流，并计算输出电流的变化率；然后判断变化率是否大于第一预设值；若变化率大于第一预设值，则确定对应光伏组串发生故障；其中，第一预设值的具体取值可以由技术人员根据实际应用情况而定，并且，也可以通过现有技术中的其他方式确定各个光伏组串是否发生故障，均在本发明实施例的保护范围之内。

若判断结果为是，则执行步骤S102。

S102、判断对应光伏组串内的各光伏组件是否发生故障。

如上述实施例可见，根据对应光伏组串内的各光伏组件的电流方向以及对应光伏组件上的组件级检测电路的电流方向，可以确定发生故障的光伏组件，具体为：若光伏组件的电路方向为正极流向负极，且自身组件级检测电路的电流方向为正极流向负极，则确定对应光伏组件发生故障；若光伏组件的电路方向为负极流向正极，且自身组件级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应光伏组件发生故障。然后执行步骤S103。

S103、对于发生故障的光伏组件，根据其内部各个电池子串的电流方向以及对应组件上的子串级检测电路的电流方向，确定对应电池子串的旁路二极管的状态。

光伏组件发生故障分为：被阴影遮挡或者雷击状态、或组件接地连接异常。因此，对于对于发生故障的光伏组件，若其内部各个电池子串的电流方向为正极流向负极，说明对应光伏组件为雷击状态、或组件接地连接异常，则若对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向同样为正极流向负极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：反向导通；而对应光伏组件上的子串级检测电路不存在电流，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：开路。而若各个电池子串的电流方向为负极流向正极，说明对应光伏组件被阴影遮挡，此时，若对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：正常导通；若对应光伏组件上的子串级检测电路不存在电流，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：开路。具体的判断原理如上述实施例所述，此处不再一一赘述。

本实施例提供的光伏组件的异常定位方法中，首先确定发生故障的光伏组串，然后确定对应组串内发生故障的光伏组件，最后再对该光伏组件内的各个电池子串的运行工况及其旁路二极管的状态进行检测，通过以上逐级检测的方法，能够准确定位到发生异常的光伏组件，并判断出对应光伏组件内的旁路二极管的状态，节约了检测成本。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (17)

1.一种光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述光伏组件包括N个串联连接的电池子串，各个所述电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管，所述状态检测装置包括：处理模块以及N个子串级检测电路；其中，N为大于1的整数；

各所述子串级检测电路均包括：分别串联于相应所述旁路二极管两端的正极检测模块和负极检测模块；

所述正极检测模块以及所述负极检测模块用于检测流经自身的电流方向；

所述处理模块用于根据各个所述电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个所述电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。

2.根据权利要求1所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述正极检测模块的一端连接于对应所述电池子串的输出端正极，另一端连接对应所述电池子串的旁路二极管的阴极；

所述负极检测模块的一端连接对应所述电池子串的输出端负极，另一端连接对应所述电池子串的旁路二极管的阳极。

3.根据权利要求1所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均包括：电阻支路；所述电阻支路包括：第一电阻和第二电阻；其中：

所述第一电阻和所述第二电阻串联连接，串联后的两端分别作为相应检测模块的两端；

所述第一电阻和所述第二电阻的连接点为所述电阻支路的中点。

4.根据权利要求3所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均还包括：开关管支路；所述开关管支路包括：第三电阻和反向并联有第一二极管的第一开关管；其中：

所述第一开关管的栅极与所述电阻支路的中点连接；

所述第一开关管的源极连接至所述旁路二极管的相应极；

所述第一开关管的漏极通过所述第三电阻连接至所述电池子串的输出端相应极。

5.根据权利要求4所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述正极检测模块和所述负极检测模块，均还包括：第一电容；其中：

所述第一电容设置于所述第一开关管栅极与所述第一开关管源极之间，用于缓存所述第一开关管门极的导通和关断，使所述第一开关管快速过度到导通或关断状态。

6.根据权利要求1所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述处理模块，包括：差分采样单元、ADC模数转换单元以及控制单元；其中：

所述差分采样单元用于采样所述子串级检测电路发送的检测信息，然后将所述检测信息发送至所述ADC模数转换单元；所述检测信息用于表征各个所述子串级检测电路中两个检测模块的电流方向；

所述ADC模数转换单元用于将所述差分采样单元发送的信息转换为数字信号后发送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据各个所述电池子串的电流方向及其两个检测模块的电流方向，确定各个所述电池子串的旁路二极管的状态以及光伏组件的运行工况。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述光伏组件的输出端反向并联一个旁路二极管，所述状态检测装置还包括：至少一个组件级检测电路；其中：

所述组件级检测电路用于检测流经自身的电流方向；

所述处理模块还用于根据所述光伏组件的电流方向以及对应所述光伏组件的组件级检测电路的电流方向，确定对应所述光伏组件的运行工况。

8.根据权利要求7所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述组件级检测电路，包括：第四至第七电阻、第二开关管以及第三开关管；其中：

所述第四电阻与所述第五电阻串联连接，串联后的一端以及所述第二开关管漏极连接于所述光伏组件的输出端正极，另一端以及所述第二开关管源极连接于所述光伏组件的旁路二极管的阴极；

所述第四电阻与所述第五电阻的连接点连接于所述第二开关管栅极；

所述第六电阻与所述第七电阻串联连接，串联后的一端以及所述第三开关管漏极连接于所述光伏组件的输出端负极，另一端以及所述第三开关管源极连接于所述光伏组件的旁路二极管的阳极；

所述第六电阻与所述第七电阻的连接点连接于所述第三开关管栅极。

9.根据权利要求8所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述第二开关管和所述第三开关管栅极和源极之间的电阻为热敏电阻。

10.根据权利要求7所述的光伏组件的状态检测装置，其特征在于，所述组件级检测电路，包括：第八至第十电阻、所述第二开关管以及所述第三开关管；其中：

所述第八电阻和所述第九电阻串联连接，串联后的一端连接所述第二开关管漏极以及所述光伏组件输出端负极，另一端连接所述第二开关管源极以及所述光伏组件的旁路二极管阳极；

所述第八电阻和所述第九电阻的连接点与所述第二开关管栅极以及所述第三开关管源极连接；

所述第十电阻的一端连接于所述第三开关管漏极以及所述光伏组件的输出端正极，另一端连接所述第三开关管栅极以及所述光伏组件的旁路二极管阴极。

11.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：逆变单元以及至少一个设置有如权利要求1-10任一项所述的光伏组件的状态检测装置的光伏组件；其中：

各所述光伏组件串联连接形成光伏组串，各所述光伏组串的输出端并联后连接至所述逆变单元的直流侧；

所述逆变单元的交流侧接入电网。

12.根据权利要求11所述的光伏发电系统，其特征在于，所述状态检测装置设置于所述光伏组件背面的接线盒中。

13.一种光伏组件的异常定位方法，其特征在于，应用于如权利要求11-12任一项所述的光伏发电系统，所述异常定位方法包括：

判断所述光伏发电系统中的各个光伏组串是否发生故障；

若判断结果为是，则判断对应所述光伏组串内的各光伏组件是否发生故障；

对于发生故障的光伏组件，根据其内部各个所述电池子串的电流方向以及对应组件上的子串级检测电路的电流方向，确定对应所述电池子串的旁路二极管的状态。

14.根据权利要求13所述的光伏组件的异常定位方法，其特征在于，所述判断所述光伏发电系统中的各个光伏组串是否发生故障，包括：

实时检测各所述光伏组串的输出电流，并计算所述输出电流的变化率；

判断所述变化率是否大于第一预设值；

若所述变化率大于所述第一预设值，则确定对应所述光伏组串发生故障。

15.根据权利要求13所述的光伏组件的异常定位方法，其特征在于，对于发生故障的光伏组件，根据其内部各个所述电池子串的电流方向以及对应组件上的子串级检测电路的电流方向，确定对应所述电池子串的旁路二极管的状态，包括：

对于发生故障的光伏组件，若其内部各个所述电池子串的电流方向为正极流向负极，且对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向为正极流向负极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：反向导通；

若其内部各个所述电池子串的电流方向为负极流向正极，且对应光伏组件上的子串级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：正常导通；

若对应光伏组件上的子串级检测电路不存在电流，则确定对应电池子串的旁路二极管的状态为：开路。

16.根据权利要求13或15所述的光伏组件的异常定位方法，其特征在于，所述判断对应所述光伏组串内的各光伏组件是否发生故障，包括：

根据对应光伏组串内的各光伏组件的电流方向以及对应光伏组件上的组件级检测电路的电流方向，确定发生故障的所述光伏组件。

17.根据权利要求16所述的光伏组件的异常定位方法，其特征在于，所述根据对应光伏组串内的各光伏组件的电流方向以及对应光伏组件上的组件级检测电路的电流方向，确定发生故障的所述光伏组件，包括：

若所述光伏组件的电路方向为正极流向负极，且自身组件级检测电路的电流方向为正极流向负极，则确定对应所述光伏组件发生故障；

若所述光伏组件的电路方向为负极流向正极，且自身组件级检测电路的电流方向为负极流向正极，则确定对应所述光伏组件发生故障。

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